Criptología para dummies

La criptología está relacionada, hasta cierto punto, con la Teoría de la Información. De hecho Claude Shannon también escribió un artículo fundamental que se llamaba A Communications Theory of Secrecy que dio las bases de la moderna criptología matemática.

Se trata de esconder el significado de un mensaje (criptografía) o bien descubrir el significado de un mensaje escondido (criptoanálisis). Hace varios años trabajé (puaj) en un tema relacionado con eso, he escrito manuales básicos y cosas por el estilo. Incluso mi primera (y única!) cita en publicación indexada fue por un curso que escribí en Internet.

Pero en este Templo del Ocio solo quiero comentar los aspectos que son curiosos y la historia de este asunto que es bien entretenida.

Uno de los sistemas más antiguos de ocultar un mensaje que se conocen es la Clave César que consistía simplemente en desplazar las letras. Por ejemplo si en la palabra "hola" (texto claro) desplazo las letras un lugar adelante, o sea la a la reemplazo por b, la b por c y etc. me quedaría "ipmb" (encriptado). En Usenet todavía usamos ROT 13 por ejemplo, que consiste en correr 13 lugares las letras para mandar un texto que lo entiendan solo los que usan el sistema.

Claro que ese es un sistema trivial para desencriptar, basta con tomar cualquier palabra del texto y probar los 26 posibles desplazamientos (las letras del alfabeto menos una) y teniendo el número en que se desplazan el encriptado se va al diablo.

A partir de esa idea básica se creó una enorme familia de métodos llamados de trasposición, que consisten en cambiar una letra por otra según alguna operación secreta. Otra familia de métodos se basa en la sustitución que consiste en cambiar los significados. Durante muchos años los mensajes se encriptaban con una combinación de estos dos métodos.

Para romper un cifrado, o sea descubrir el significado sin saber que método se usó para encriptar, normalmente se usaba análisis estadístico: cada idioma tiene letras y palabras que se repiten según cierta frecuencia y de ese modo ir descubriendo el significado oculto.

Esto se combatió cambiando las transposiciones y sustituciones en cada uno de los mensajes, o sea en cada mensaje se usaba un "método" distinto, ese era el principio que usaba la máquina Enigma de los nazis durante la Segunda Guerra Mundial. Pero finalmente igual la descifraron, gracias al trabajo conjunto de algunas máquinas capturadas, espías que revelaron algunas claves y un complicado trabajo de criptoanálisis donde destacó Alan Turing.

Enigma fue la primera vez que se usó una máquina de calcular compleja que cambiaba todo en cada mensaje así es que no dejaba un patrón, método o huella para descifrar y durante la guerra trabajaron los mejores matemáticos de la época y miles de horas de los primeros computadores hasta que pudieron romper el código antes de la invasión de Normandía. Tal vez no sería exageración decir que los matemáticos ganaron la guerra porque desde entonces los aliados siempre anduvieron varios pasos adelante de los nazis.

Pero todos esos métodos tenían una debilidad fundamental: estaban basados en algún método o procedimiento secreto, se descubría el procedimiento y adiós secreto. Entonces apareció el trabajo de Shannon el año 1949.

Después de la guerra Shannon escribe su artículo que cambia todo el curso de la criptología. Primero pasa revista a los diferentes métodos y sus problemas pero en lugar de proponer un método nuevo lo que presenta es una teoría matemática, con teoremas y todo, caracterizando el problema general de los sistemas de encriptación.

Entonces llegó a varias conclusiones fundamentales, que hoy nos parecen obvias como todos los grandes descubrimientos. Por ejemplo concluyó que cualquier cifrado que exista puede romperse con un ataque de fuerza bruta, o sea probando todas las combinaciones posibles sin ningún tipo de análisis. Cuando escribió eso era imposible desencriptar por fuerza bruta pero hoy, con los computadores modernos es el sistema que más se usa.

Toda esta teoría de Shannon dio nacimiento a la criptología moderna que ya no se basa en secretos sino que en métodos conocidos por todos pero que no tienen solución matemática conocida, como por ejemplo la factorización de grandes números. Un enorme aporte de Rivest, Shamir y Adleman fue cuando desarrollaron el primer sistema de clave pública RSA.

Hasta los años 70 los métodos de encriptación estaban al nivel de los secretos nucleares y el que revelara uno tenía asegurada la cadena perpetua. Hasta que Phill Zimmermann se atrevió y liberó al público el Pretty Good Privacy, PGP, que fue durante varios años el sistema de encriptación para las masas.

La teoría de Shannon había dado sus frutos y ahora los super espías del recontra espionaje y las personas comunes usamos prácticamente los mismos métodos que además son relativamente sencillos y ampliamente conocidos. Por ejemplo en la foto está mi clave pública de PGP que usaba hace varios años atrás

Hay tantas cosas interesantes de la criptología, por ejemplo el MD5 que produce un bloque de 128 bits que es único para archivos de cualquier tamaño (aunque ya le han encontrado colisiones por fuerza bruta), o la posibilidad de firmar, o autentificar archivos digitales usando MD5. En fin, si sigo escribiendo de esto no termino nunca.

Me imagino que las investigaciones genéticas deben haber usado las mismas técnicas para romper códigos que en la criptografía, dentro de mi ignorancia me parece que es un problema bien similar: una enorme secuencia a la que hay que extraer el significado.

En fin, esta debe ser una de las entradas más aburridas de leer, pero de las más entretenidas para escribir por mi parte. A ver si mañana se me ocurre algo más interesante.

P.D. Que bonito el postscript de Jiejun Kong al final del artículo de Shannon, en parte dice así:

"Muchos papers mueren antes que sus autores. Sin embargo otros papers serán releídos y referidos hasta que lleguen a ser parte de nuestra vida y de esa manera viven por siempre.

Claude Ellwood Shannon murió el sábado 24 de febrero del 2001 en el Courtyard Nursing Care Center de Medford, Massachusetts. El tenía 84 años y aunque el dejó este mundo creo que este paper clásico Communication Theory of Secrecy Systems sigue con nosotros"...etc.